机床测头如何通过在机测量系统精确测算直线度

测头是三坐标测量机的重要组成部分。探头一般由一根杆和一个红宝石球组成，主要用于测量工作面。通过移动探头的机械位置，探头触发信号并收集测量数据。可以看出，探头的性能直接影响测量精度和效率。触发式测头结构简单，成本低，可用于高速测量，因此在现代三坐标测量机中得到广泛应用。但由于其精度略低，且不能以接触状态停留在工件表面，只能对工件表面进行离散的逐点测量，而不能进行连续的扫描测量。

普通触发探头的内部结构。测量杆安装在三脚架上，三脚架的三个圆柱腿位于三对触点上。当测量杆不承受测量力时，三脚架的三个圆柱腿与三对触点保持接触。当测量杆的球形端与工件接触时，无论在X、Y、Z哪个方向施加接触力，都会有至少一个圆柱腿与触点脱离接触，导致电路断开，产生阶跃信号。通过采样电路，沿三个轴的坐标数据将被存储和处理。同时，与探针同轴的弹簧提供预载。探头波瓣存在的原因是触发探头的三点设计原理。当沿特定方向的力施加到探针上时，探针可能会围绕一个或两个接触点旋转，导致需要确保圆柱形腿与接触点的接触和复位。因此，探头具有由信号触发的开关机构、探头复位机构和超程保护机构。

CMM在测量时，从测头末端到被测零件接触测头扳机的过程为“预行程”。预行程的存在并不是误差源，因为在探头认证的过程中，厂家已经用一个已知半径的标准球来确定一个合理的探头半径，以消除平均预行程的影响。

触发力的不同意味着预行程的变化。可以清楚地看到三个叶，反映出中风前的变化接近17um。这种变化模式显示了探针结构的立方对称性。这种凸角大大降低了CMM执行高精度测量的能力，例如圆度和圆柱度。

首先，机床测头的直线度评定需要一种方法，对直线度进行评定。有最小二乘法、最小面积法、最大最小包含法等。最常用的方法是最小二乘法，最小面积法是评价误差最小的方法。机床上的数据是用接触式高精度测头逐个测量的，返回给计算机的坐标是测头中心离散点的坐标，而不是实际的接触点坐标，所以还会涉及到测头半径补偿等问题。

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